전자기기의 고도화 및 소형화에 따라 커넥터(Connector), MEMS 등과 같은 probe card 전자부품의 수요가 증가하고 있는 상황에 따라 전기전도도, 내식성 및 내마모성 등의 성능 특성을 향상 시킬 수 있는 표면처리 기술에 대한 중요성이 대두되고 있다.
본 연구는 Pd 도금 및 Pd 합금도금시 유해물질인 Ammonia를 대체할 수 있는 Ammonia-free Pd 도금에 대한 연구로서 첨가제를 이용한 Ammonia-free Pd 도금 및 커넥터 접점용 Pd-Ni 합금도금 및 MEMS probe card 접촉부 전기전도도와 내마모성 향상을 위한 Pd-Co 합금도금 연구를 수행하였다.
기존 착화제로 사용되는 Ammonia를 Ethylenediamine으로 대체하고 내부응력을 저하시키기 위하여 3-pyridine sulfonic acid외 3종의 첨가제를 선정하여 연구를 수행한 결과 Sodium nicotinate 첨가시 FCC 구조의 나노결정질(Nanocrystalline)을 확인할 수 있었으며, 다른 첨가제에 비해 경도 및 내부식성이 가장 높은 것을 확인할 수 있었다.
다른 첨가제에 비해 전기전도도가 가장 우수하였으며, 이는 결정립 크기와 표면거칠기가 낮아 전기전도도가 향상된 것으로 Ammonia-free Pd 도금액에 대한 최적조건을 도출할 수 있었다.
Connector 접촉부 적용을 위한 Pd-Ni 합금도금에 대한 연구결과 Pd-Ni 합금도금의 표면형상은 구상화 조직(Nodular structure)으로 결정화 구조는 FCC 구조인 치환형고용체(Substitutional Solid Solution)인 것을 확인할 수 있었으며, XPS 분석을 통해 합금도금 내 Pd와 Ni이 같이 존재하는 것을 확인할 수 있다.
공정조건(온도,pH)에 따른 Pd-Ni 합금도금의 기계적인 특성 및 내식성 평가 결과 각 조건의 Pd-Ni 함금도금 내 Ni 함량이 높을수록 표면경도 및 내식성은 향상되었으며, Ni 함량이 낮을수록 경도 값이 내식성이 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 Ni 함량에 의해 표면경도에 영향을 미치는 것으로 특히 pH의 경우 일정 이상 높아지게 되면 수소발생에 의한 수소취성에 의해 경도가 저하는 되는 것으로 판단된다.
공정조건 (온도,pH)에 따른 Pd-Ni 합금도금의 표면저항 평가결과 Ni 함량이 높아지면 상대적으로 Pd 함량이 낮아지게 되어 표면저항이 증가되는 경향으로 Connector 단자의 도금적용시 Pd-Ni 합금도금으로 내마모성을 부여하고 Hard Au 도금하여 높은 전기전도도를 부여할 수 있으므로 Pd-Ni 합금도금은 Connector 단자 도금에 적용이 가능하다고 판단된다.
MEMS probe tip 적용을 위한 Pd-Co 합금도금 연구에 대한 연구결과 Pd-Co 합금도금의 표면형상은 구상화 조직(Nodular structure)으로 앞서 연구에서 최적 조건의 착화제 및 첨가제로 인해 표면형상에 Micro-crack이 없는 것을 확인할 수 있었고 Pd-Co 합금도금의 결정화 구조는 Pd 도금의 peak와 유사하며, 면심입방결정(Face-Centered Cubic, FCC) 구조인 것을 TEM 분석결과 확인할 수 있었다.
조성비의 Pd-Co 합금도금의 경우 Pd 2 g/L, Co 5 g/L조건에서 기계적인 특성 및 내식성이 가장 우수한 것을 확인할 수 있었으며, 전기전도도는 다른 조건에 비해 낮으나, MEMS Probe tip 적용시 전기전도도 값이 공정 범위 내에 있어 충분히 적용 가능성이 있는 것으로 판단된다.